Способ усталостных испытаний композитных материалов
Изобретение относится к механическим испытаниям, а именно к способам устэлостных испытаний композиционных материалов . Цель изобретения - повышение достоверности путем уточнения нормировки кривой поврежденное™. Два образца циклически нагружают при одинаковом начальном уровне напряжений, один - в мягком, а другой - в жестком режимах. По соотношению долговечностей образцов судят о предельном снижении модуля упругости материала. В качестве характеристики поврежденное™ определяют отношение снижения величины модуля упругости к предельному значению. 3 ил.
СОЮЗ СОВЕТСКИХ
СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ
РЕСПУБЛИК
ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) Т 6Ю Р,-,л "" +lliii- Д:Щ ..р,. Бя ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ 1 ЛЕ V Ep) (21) 4945819/28 (22) 16.04.91 (46) 23.05.M. Бюл. М 19 (72) Д.А.Поспелов (56) Рейфенайдер К. "Повреждение конструкций из композитов в процессе эксплуатации", сборник "Прикладная механика композитов" М, Мир, 1989, стр, 108-125. (54) СПОСОБ УСТАЛОСТНЫХ ИСПЫТАНИЙ КОМПОЗИЦИОННЫХ МАТЕРИАЛОВ (57) Изобретение относится к механическим испытаниям, а именно к способам усталостИзобретение относится к механическим испытаниям, к способам усталостных испытаний композиционных материалов. Цель изобретения — повышение достоверности определения кривой поврежденности путем уточнения ее нормировки. На фиг, 1 показан закон изменения напряжения при мягком режиме; на фиг. 2— закон изменения относительной жесткости; на фиг, 3 — соответствующий жесткий режим нагружения, Устройство для реализации способа представляет собой стандартную испытательную машину с нагружателем циклической нагрузкой в мягком и жестком режимах, снабжения счетчиком числа циклов и средствами регистрации диаграммы растяжения для определения текущей жесткости образца, Такие испытательные машины широко известны и используются для усталостных испытаний (см, Л.М. Ш кол ьник. Методика усталостных испытаний, М., Металлургия, 1978, см. 160-210). „„5U „„1816996 А1 ных испытаний композиционных материалов. Цель изобретения — повышение достоверности путем уточнения нормировки кривой поврежденности. Два образца циклически нагружают при одинаковом начальном уровне напряжений, один — в мягком, а другой — в жестком режимах. По соотношению долговечностей образцов судят о предельном снижении модуля упругости материала. В качестве характеристики повре>кденности определяют отношение снижения величины модуля упругости к предельному значению. 3 ил, Способ реализуется следующим образом. Предварительно для исследуемого материала определяются известным методом характеристики усталостной кривой. Эти характеристики могут быть взяты иэ справочной литературы, либо проводятся предварительные испытания и строится зависимость напряжения — долговечность, Нагружается образец в мягком режиме и определяется зависимость - = f (n), где Ле Ео n —; Л Е вЂ” величина снижения модуля упругости; E<, — начальное значение модуля упругости (соответствующее неповрежденному материалу). Поскольку предельное значение поврежденности v равно 1, указанную зависимость подвергают тарировке 1816996 йж km =1 + —— 11 м 2 (2) С Gm (3) а а — 1 dv= У dn, Q (4) 30 где а — константа. -оп NM (6) где К = — а-. AF,р — лредельное аначеЛЕл о ние уменьшения модуля упругости. По долговечностям образца в жестком режиме N>K и в мягком режиме NM можно определить предельное значение Л Enp/Eo, т.е. можно определить тврировочный коэффициент. Например, в случае линейного накопления повреждений по закону Пальмгрена-Майнера, указанную величину с достаточной степенью точности можно Определить по формуле Еле 2 (Рж 1 ) где m — показатель степени в аппроксимации усталостной кривой Сущность заявленного способа состоит в следующем., В достаточно общем случае закон суммирования повреждений представим в виде гг =ггр (1 — — ) = ар (1 — k è"1, l5I h,E Ео то с учетом условий (1-3) и (5), из уравнения (4) получим уравнение вида 1-а Ф а С1У Р а С (1kv) = — oo" dn = Проинтегрировав уравнение (6), получим равенство вида 12Ж 1 1 — а = — j V — — --(1 — 11 ) NM ao В случае линейного суммирования по вреждений = 1, получим 1 - (1 — (1 — 1,)1 " ) )м Поскольку в известных композиционных материалах падение модуля упругости происходит на 15-25%, величина l« 1, вос10 55 пользуемся. разложением в ряд Миклорена с удержанием квадратичных по К членов. В этом случае откуда следует формула (2). Пример. Рассмотрим ортогонально армированный эпоксидный, циклически нагруженный нэ частоте 10 Гц при максимальном напряжении цикла 0,5 от предельного статического напряжения, Максимальное относительное изменение модуля упругости при измерении его в соответствии с прототипом составляет величину порядка 18%, Измерить эту величину достаточно точно непосредственно затруднено, поскольку кривая изменения жесткости на последнем этапе нагружения изменяется достаточно резко, поэтому указанная величина является заниженной. Аппроксимэция усталостной кривой позволяет найти показатель m - =12,6 в данном диапазоне напряжений. При указанном уровне напряжений 100 тыс. циклов, а N>K — 270 тыс. циклов. Ъ Тогда уточненное значение: — — = (2,7 — 1 ) =0,27. Ео 12.6 Таким образом, уточненное значение предельной характеристики поврежденности, на которую необходимо ее отнормировать, равно 27%. Формула изобретения Способ усталостных испытаний композиционных материалов, заключающийся в том, что образец материала циклически нагружают в мягком режиме и оп ределяют хара ктеристи Еу по врежден ности материала по снижению его модуля упругости, о т л ич а ю шийся тем, что, с целью повышения достоверности путем уточнения нормировки кривой поврежденности, дополнительный образец. аналогичный основному, циклически нагружают в жестком режиме при начальном уровне напряжений, равном уровню напряжений основного образца в мягком ре>киме, и определяют предельное снижение модуля упругости материала с учетом соотношения долговечностей образцов при мягком и соответствующем жестком режимах, а в качестве характеристики поврежден ности onределяюг отношение величины снижения модуля упругости к ее предельному значению. 1816996 4- z л, Редактор Т,Иванова Заказ 1718 Тираж Подписное БНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5 Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул,Гагарина, 101 аР Ее Составитель Д.Поспелов Техред М.Моргентал Корректор Н.Гунько
